[發明專利]一種微米尺度材料內耗與模量測量裝置

有效

• 申請號: 201210032747.6
• 申請日: 2012-02-10
• 公開（公告）號: CN103245727A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發明（設計）人: 莊重;程幟軍;郭麗君;吳兵;王先平;方前鋒
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G01N29/11
• 分類號: G01N29/11
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及測量設備技術領域，具體涉及一種微米尺度材料內耗與模量測量裝置。

背景技術

材料的缺陷(如點缺陷、位錯、界面、表面等)和微觀結構是影響該材料性能的重要因素，通過測量材料在外界交變作用條件下的響應可以探測該材料的缺陷和微觀結構的特性和動力學演化過程。內耗與力學譜是通過對材料施加周期交變應力，測量材料動力學響應(應變)，是一種有效的研究材料缺陷和微觀結構的實驗方法。研究發現，當材料尺度減小到微米或納米尺度時，表面效應和尺寸效應顯著，也將影響材料內部的缺陷和微結構，這也導致了納微尺度材料具有以往宏觀材料所不具備的獨特性能。但是傳統內耗裝置對試樣尺寸要求較高，厚度一般為1毫米左右，長度為40-70毫米，這對于微米級別大小的材料來說無法適用。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于提供一種測量精確，使用方便的微米尺度材料內耗與模量測量裝置。

本發明所要解決的技術問題采用以下技術方案來實現。

一種微米尺度材料內耗與模量測量裝置，其特征在于：包括底座，所述底座上安裝有真空系統，所述底座內部設有光學顯微鏡，所述光學顯微鏡上端設有高速攝像頭，所述的光學顯微鏡的工作臺上安裝有樣品夾持平臺，所述的真空系統上設有信號轉接口，所述的信號轉接口通過激發信號線和視頻采集線分別連接靜電激發系統和視頻采集系統，所述的視頻采集系統和靜電激發系統信號連接有運算控制系統，其中樣品夾持平臺確保穩定夾持待測微米材料試樣和對電極，并使兩者之間相互平行、相對距離可調精度為微米尺度；靜電激發系統實現微米材料的正弦激發振幅和頻率可控；視頻采集系統實時采集微米材料的應變過程；運算控制系統實現激發信號輸出、視頻信號儲存與內耗運算、溫度控制等功能；加熱裝置提供微米材料穩定的溫度環境；真空系統確保微米材料高真空測量環境。

所述的真空系統由一金屬外罩構成，將裝置與大氣隔開，采用真空機組抽取整個系統內空氣實現高真空，以消除空氣阻尼對微米尺度材料振動的影響。

所述的樣品夾持平臺由中心夾持平臺和外部微調平臺兩部分組成，所述的中心夾持平臺上設有兩組相互垂直的滑槽，所述的滑槽內分別設有滑塊A和滑塊B，所述的外部微調平臺上設有三組螺旋測微器，所述的中心夾持平臺上設有加熱裝置。

所述的加熱裝置為一加熱圓片，靠近待測樣品，為待測樣品加熱，采集實際溫度閉環控制，為樣品提供穩定的溫度環境。

所述的滑塊A由基體、設于基體上端面的可旋轉圓臺及設于可旋轉圓臺上的金屬圓片構成，可旋轉圓臺上用于放置待測樣品。

所述的可旋轉圓臺通過螺絲與基體固定連接，所述基體中間設有一個螺絲通孔，可通過旋緊螺絲將滑塊A固定在滑槽內。

所述的滑塊B包括基體，所述的基體上設有凹槽，所述的凹槽內設有對電極，所述凹槽的一邊上設有螺絲孔，通過旋轉螺絲將包裹在絕緣塑料片中間的對電極固定，所述基體上表面一側有一螺絲通孔，可以通過螺絲將滑塊B與滑槽固定。

所述的靜電激發系統根據計算機發出的數字信號進行數模轉換、放大并加載直流偏壓，可同時實現0～1000V直流偏壓，0～100V交流信號，模數轉化精度為16～24位，模數轉化速率最大為100MB/s，所述的靜電激發系統分別連接在待測樣品端和對電極端，實現微米材料振幅和頻率的精確控制。

所述的視頻采集系統是采用光學顯微鏡放大微米材料的振動過程，通過顯微鏡與自制高速攝像頭獲取振動的實時圖片或錄像，圖片掃屏頻率可達1～100000幀/秒，并將視頻信號傳輸到計算機。

所述的控制運算系統是一套專用軟硬件系統，管理整個微米尺度材料內耗裝置，主要功能是根據實驗設置測量模式(強迫振動或自由衰減)、參數(頻率、振幅)、溫度等參數并發送激發信號和控制信號，同時采集儲存視頻采集系統傳送的數據，分析處理視頻信號獲取材料的振幅、頻率等信息，結合公式計算出相應微米尺度材料的內耗值。

本發明的有益效果是：本發明結構簡單，易于測量，且測量精確，為表征該尺度材料微觀結構性質提供了科學表征平臺。

附圖說明

圖1為本發明微米樣品高頻振動試樣的振幅測量示意圖；

圖2為本發明微米樣品強迫振動法測量內耗的示意圖；

圖3為本發明微米尺度內耗裝置結構圖；

圖4為本發明樣品夾持平臺結構圖；

圖5為本發明滑塊A結構圖；

圖6為本發明滑塊B結構圖；

圖7為本發明靜電激發控制系統原理圖。

具體實施方式